用四坐标数控机床对叶片清根的技术研究(上)

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　　1.前言
　　叶片采用四坐标数控机床加工，叶型能够达到加工要求，但UG软件的清根不能满足加工要求，所以必须经过人工修改方式，才能满足要求。
　　2.四坐标机床与叶片的装夹方式
　　2.1机床状况
　　四坐标数控机床是一种加工叶型曲面较经济的机床，但对于叶片根部连接面的空间曲面，却不能加工出来。四坐标机床只有X、Y、Z轴和A轴，没有C轴，主轴不能转动。
: T- Q+ v& L1 ]  O　　2.2叶片的装夹方式
2 q3 F  \/ x7 J; c' W2 f( E6 j　　如图1所示，叶片以榫头底面定位，背度面定位，盆度面压紧，叶尖用顶尖顶紧方式装夹。叶型与主轴方向即Z轴保持垂直，则叶片根部连接面须用刀具侧刃加工。在这种装夹方式下，主轴不能转动的四坐标机床不能加工出空间曲面的形状。

　　图1 叶片的装夹
1 d- L6 _& V+ D$ t2 `　　3.叶片根部情况
& K2 b& |0 \! o5 |　　对于要求清根的叶片大致有两种，一种是汽轮机叶片，一种是压气机叶片。
　　3.1汽轮机叶片
! T  x/ S* V3 `4 W' Z2 p　　汽轮机叶片的叶型扭角较大，叶盆、背曲率较大，叶根连接处一般为带角度的平面，比如东汽三级、南汽十一级，也有用圆锥面连接的零件，比如上汽三、四级。
$ y4 c- ~/ z. Q7 l& k: Z　　3.2压气机叶片
　　压气机叶片是叶根扭角不大、叶根与叶尖扭角变化也不大、叶型平缓的静子叶片，叶盆、背的曲率较小，其叶根连接处为圆锥面，回转轴线在叶型上方，所以连接面的中间低而两侧高；另一种为叶根的扭角较大、叶根与叶尖的扭角较大、叶型较扭的转子叶片，叶盆与叶背的曲率较小，其叶根连接处也为圆锥面，但回转轴线在叶片榫头下方，所以连接面的中间高而两侧低。
: ]1 n% R6 Q/ t- e" b　　4.UG软件中关子叶片清根的功能及局限性
　　UG软件是集CAD/CAM/CAE于一身的功能强大的软件，但它毕竟是一种通用软件，有其局限性及不足。要使其满足叶片加工的要求，可以通过修改其程序的方法来实现。
8 {- w; Z% j3 z" S0 g　　清根时采用的是软件中的加工模块中的多轴铣(variable-contour)加工或定轴铣(fixed-contour)加工方式。
　　4.1多轴铣
- g; h8 q! e8 `' ?; A7 ~. n2 d　　多轴铣可适用于前面介绍的压气机的两种叶片，但为了编程需要，要重新做出零件根部型面，也就是将叶根曲面向叶型方向等距偏移(offset)出三至四个曲面，与叶片型面产生的交线通过曲面的THROUGHCURVES功能连成曲面，这个曲面来自于叶片型面，同时必然与叶片型面一致，因此可以作为清根加工的几何体。
. @2 K* ?( }& w, L! M, D　　操作过程：进入加工模块的多轴铣，选驱动面(surfacearea)方式驱动，点击新作的加工面，选择加工方向、前倾角方向与大小、加工精度与加工圈数。
3 c$ y7 c; s. g( a; t　　4.2定轴铣
　　定轴铣可适用于前面介绍的汽轮机叶片，它采用边界驱动(Boundary)，叶盆、叶背分别单面加工完成，所以要做出边界线，形状与大小满足与叶型的线框趋势平行，而且加工时让刀具能够甩出零件面的要求。
; ]; j1 V* g7 E6 u　　操作过程：进入加工模块的定轴铣，选边界驱动方式驱动，顺序点击边界曲线为封闭的边界线框，选择平行线方式、步距、角度与投影方向，再选叶型为加工几何体，可生成刀轨程序，如果连接面比较大，可以通过依次改变加工余量生成的刀轨程序来串连成加工程序，实现一层层下剥的加工。
文章关键词： 数控   机床